激波管冲击载荷作用下预制孔铝板的响应特性研究

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1、硕士学位论文激波管冲击载荷作用下预制孔铝板的响应特性研究THESTUDYOFRESPONSEOFALUMINUMPLATESWITHPRE-FORMEDHOLESUNDERSHOCKWAVEGENERATEDBYSHOCKTUBE何起光哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：O383+.1学校代码：10213国际图书分类号：531密级：公开工学硕士学位论文激波管冲击载荷作用下预制孔铝板的响应特性研究硕士研究生：何起光导师：张伟教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航科学与技术所在单位：航天学院答辩日期：2018

2、年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:O383+.1U.D.C:531DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringTHESTUDYOFRESPONSEOFALUMINUMPLATESWITHPRE-FORMEDHOLESUNDERSHOCKWAVEGENERATEDBYSHOCKTUBECandidate：HeQiguangSupervisor：Prof.ZhangWeiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofSci

3、enceinEngineeringSpeciality：AeronauticalandAstronauticalScienceandTechnologyAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnologyI哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要本文研究了聚酯薄膜作为激波管膜片的变形及破坏过程，并分析了受冲击载荷作用的预制孔铝板的变形规律。通过对作

4、为激波管膜片的聚酯薄膜的静态拉伸实验，获得了型号为BE12的聚酯薄膜在横纵两个方向上的应力应变关系。使用聚酯薄膜作为激波管膜片，通过施加不同压力的激波管实验，获得了膜片厚度及多张膜片的组合方式对膜片所能承受最大压力的影响。利用高速相机对激波管膜片从开始变形到破坏的全过程进行拍摄，使用三维DIC软件获得膜片在变形过程中的位移场。实验发现了膜片会出现圆弧反翘并快速破坏的特别现象，并以此为特征将变形过程分为两个阶段。给出任意厚度膜片第一阶段圆弧变形的数学规律及圆弧反翘第二阶段的形状特征，以及全过程中膜片厚度变化的数学

5、规律。使用高速摄像机拍摄膜片的破坏过程，获得膜片的破膜时间及其开口面积的变化规律，为对形成的激波的强度和速度的理论计算提供了参考。通过对实验室内的激波管进行标定，获得了该激波管在给定高压气室压力下所能产生的冲击波的强度和速度的对应关系。在后续实验中，使用激波管对分别预制了菱形，圆形和方形三种不同孔型的铝板和对应的完整铝板进行加载，使用两台高速摄像机对靶件的变形过程进行记录，并使用三维DIC进行后续分析，获得了靶件在变形过程中的位移场。结合激波管的标定参数，获得了作用于靶件上的冲击波的压力—时间信号。使用ABAQ

6、US仿真软件进行数值模拟，分别采用了流固耦合模型和解耦模型进行数值模拟，获得的结果与实验结果相吻合，并得到了解耦模型在精度上略差于流固耦合模型，但在时间上解耦模型比流固耦合模型显著减少的结论。在使用DIC技术获得靶件的位移场后，结合数值模拟结果，选取了靶件上具有代表性的两条截面曲线和三个特征点进行分析，给出了靶件在受到冲击载荷作用下的变形规律。对比不同孔型的靶件的临界冲击波压力，分析了预制孔的孔型对于靶件承载能力的影响。关键词：激波管；聚酯薄膜；预制孔铝板；三维DIC；冲击载荷I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文A

7、bstractThedeformationandfailureprocessofMylarasdiaphragmsinshocktubeanddeformationregularofaluminumplateswithper-formedunderair-blastloadingarestudiedinthisarticle.Quasi-statictensilemechanicalpropertiesofMylarintwodifferentdirectionweregivenbyquasi-staticte

8、nsileexperiment.Inordertoinvestigatetheeffectofdiaphragmsthicknessandcombinationsonthemaximumbearingpressure,theshocktubeexperimentwasconductedonthePETdiaphragmswithdifferentthicknesses.Twohigh-